Sigurno ste mnogo puta vidjeli da prilikom oluje prvo postoji svjetlo koje je munja, a zatim stiže zvuk. To je zbog Brzina zvuka. Naučnici su pronašli maksimalnu brzinu kojom zvuk može da putuje kroz vazduh. U fizici je ovo veoma važno. Više o ovom fenomenu možete saznati u članku na Sve što trebate znati o munjama.
Stoga ćemo ovaj članak posvetiti tome da vam kažemo sve što trebate znati o brzini zvuka i načinu na koji se širi.
Brzina zvuka
Brzina širenja zvučnog talasa zavisi od karakteristika sredine u kojoj se širi, a ne od karakteristika talasa ili sile koja ga proizvodi. Ova brzina prostiranja zvučnih talasa naziva se i brzina zvuka. U Zemljinoj atmosferi, temperatura je 20ºC, što iznosi 343 metra u sekundi. Brzina zvuka varira ovisno o mediju širenja, a način na koji se širi u mediju pomaže boljem razumijevanju određenih karakteristika prijenosnog medija. Kada se promijeni temperatura medija za širenje, promijenit će se i brzina zvuka. To je zato što povećanje temperature dovodi do povećanja učestalosti interakcija između čestica koje prenose vibracije, što se pretvara u povećanje brzine vala.
Uopšteno govoreći, brzina zvuka u čvrstim materijama je veća nego u tečnostima, a brzina zvuka u tečnostima je veća nego u gasovima. To je zato što što je čvrsta materija, to je veći stepen kohezije atomskih veza, što pogoduje širenju zvučnih talasa. Ako želite saznati više o ovoj temi, pogledajte naš članak o zvučnu barijeru.
Brzina širenja zvuka ovisi uglavnom o elastičnosti medija koji ga širi. Elastičnost se odnosi na sposobnost vraćanja izvornog oblika.
Šta je zvuk
Zvuk je val pritiska koji se može širiti zrakom kompresijom i depresijom. Zvuk koji opažamo oko sebe nije ništa drugo do energija koju stvaraju vibracije koje se šire zrakom ili bilo kojim drugim medijem, a koje se mogu primiti i čuti kada dođu do ljudskog uha. Znamo da zvuk putuje u obliku valova.
Talasi su vibracijski poremećaji u mediju, koji prenose energiju s jedne tačke na drugu bez direktnog kontakta između ove dvije tačke. Možemo reći da val nastaje vibracijom čestica medija kroz koji prolazi, odnosno procesom širenja koji odgovara uzdužnom pomaku (u smjeru širenja) molekula zraka. Područje s velikim pomakom pojavljuje se u području gdje je amplituda promjene pritiska nula i obrnuto.
Zvuk u zvučniku
Zrak u cijevi sa zvučnikom na jednom kraju i zatvorenim na drugom kraju vibrira u obliku valova. Statički uzdužno. Vlastiti načini vibracija cijevi s ovim karakteristikama. Odgovara sinusnom valu čija je valna duljina takva da postoji točka nulte amplitude. Izduvni čvor na kraju zvučnika i zatvoreni kraj cijevi, jer se zrak ne može slobodno kretati zbog zvučnika, odnosno poklopca cijevi. U tim čvorovima imamo maksimalnu varijaciju pritiska, antinode ili trbuha, stojećeg vala.
Brzina zvuka u različitim medijima
Brzina zvuka varira u zavisnosti od sredine u kojoj se zvučni talas širi. Takođe se menja sa temperaturom medija. To je zato što povećanje temperature uzrokuje povećanje učestalosti interakcija između čestica koje nose vibracije, a povećanje ove aktivnosti povećava brzinu. Ovaj fenomen je direktno povezan sa širenje zvuka u prostoru.
Na primjer, po snijegu zvuk može putovati na velike udaljenosti. To je zbog refrakcije pod snijegom, koji nije homogen medij. Svaki sloj snijega ima različitu temperaturu. Najdublja mjesta do kojih Sunce ne može doći hladnija su od površine. U ovim hladnijim slojevima blizu tla, brzina širenja zvuka je sporija.
Uopšteno govoreći, brzina zvuka je veća u čvrstim tijelima nego u tečnostima i veća u tečnostima nego u gasovima. To je zato što što je veća kohezija atomskih ili molekularnih veza, tvar je jača. Brzina zvuka u zraku (pri temperaturi od 20 ° C) je 343,2 m / s.
Pogledajmo brzinu zvuka u nekim medijima:
- U zraku, pri 0 ° C, zvuk putuje brzinom od 331 m / s (pri svakom stepenu Celzijusa temperatura raste, brzina zvuka se povećava za 0,6 m / s).
- U vodi (na 25 ° C) iznosi 1593 m / s.
- U tkivima je 1540 m / s.
- U drvetu je 3700 m / s.
- U betonu je 4000 m / s.
- U čeliku je 6100 m / s.
- U aluminijumu je 6400 m / s.
- U kadmijumu je 12400 m / s.
Brzina prostiranja tlačnog vala vrlo je važna u proučavanju fenomena rezonancije u razdjelniku klipnog motora i ovisi o karakteristikama okoline. Na primjer, za plinove, isparena smjesa u usisnom razvodniku ili spaljeni plinovi u izduvnom razvodniku zavise od njihove gustine i pritiska. Postoji važan odnos između brzine zvuka i gradijent pritiska.
Vrste talasa koji se šire
Postoje dvije vrste valova: uzdužni i poprečni.
- Uzdužni val: Talas u kojem čestice medija vibriraju s jedne strane na drugu u istom smjeru kao i val. Medijum može biti čvrst, tečan ili gasovit. Stoga su zvučni valovi uzdužni.
- Poprečni val: Talas u kome čestice u mediju vibriraju gore -dole "pod pravim uglom" prema smeru kretanja talasa. Ovi se valovi pojavljuju samo u čvrstim tijelima i tekućinama, a ne u plinovima.
Ali zapamtite da valovi putuju u svim smjerovima, pa ih je lakše zamisliti kao prolazak kroz sferu.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o brzini zvuka i njegovim karakteristikama.